Spring Cloud Stream 进阶配置——高吞吐量（二）——弹性消费者数量

ps：
1、本文示例使用的消息中间件为 Rabbitmq。
2、示例代码是以测试用例的形式给出。
3、使用@ActiveProfiles( active_profile(s) ) 让指定配置生效。

背景

前文 Spring Cloud Stream 进阶配置——高吞吐量（一）说到，最简单的提高消费端吞吐量的方式为：增加消费者数量，但具体增加到多少是很难确定的，因为各种各样的因素都会导致消费者数量冗余或不足，比如在用户访问高峰期，消费者数量肯定需要比较多，而在平时或凌晨，访问量降到低谷，消费者数量肯定就冗余了，甚至，一个队列只在某个定时任务才会用到，那么在平时多消费者基本就只有占用系统资源的作用了。

最大消费者数量

好在，Spring Cloud Stream 为我们提供了一个配置，用于控制 最大消费者数量，当然还有另一个隐藏的使用功能——动态创建/销毁消费者。配置为：spring.cloud.stream.rabbit.bindings.<channelName>.consumer. maxConcurrency，比如：spring.cloud.stream.rabbit.bindings.input.consumer. maxConcurrency。另外，值得注意的是，要区别于配置：spring.cloud.stream.bindings.<channelName>.consumer.concurrency，可以看到 最大消费者数量 配置的前缀多了 rabbit，因为该配置是只针对 Rabbitmq 的，其他的中间件如 Kafka 则没有。

ps: 不同的消息中间件，因为不同的架构，配置大多都不一样，所以针对那些中间件特有的属性配置，前缀需要多加一个 binder 类型前缀，即 rabbit、kafka。

示例

以下代码可在源码查看。

配置

spring:
  application:
    name: scas-data-collection
  profiles:
    active:
      default

  cloud:
    stream:
      binders:
        rabbit:
          type: rabbit
          environment:
            spring:
              rabbitmq:
                host: localhost
                port: 5672
                username: guest
                password: guest

      bindings:
        packetUplinkOutput:
          destination: packetUplinkTopic
          content-type: application/json
          binder: rabbit

        packetUplinkInput:
          destination: packetUplinkTopic
          content-type: application/json
          group: ${spring.application.name}
          binder: rabbit
          consumer:
            concurrency: 3 # 初始/最少/空闲时 消费者数量。默认1

      rabbit:
        bindings:
          packetUplinkInput:
            consumer:
              maxConcurrency: 10 # 默认：1。queue的消费者的最大数量。当前消费者数量不足以及时消费消息时, 会动态增加消费者数量, 直到到达最大数量, 即该配置的值.

代码

消息模型

@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class PacketModel {
    /**
     * 设备 eui
     */
    private String devEui;

    /**
     * 数据
     */
    private String data;

    // 省略其他字段
}

测试用例

@Slf4j
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
@ActiveProfiles("maxConcurrency")
@EnableBinding({ScasMaxConcurrencyTest.MessageSink.class, ScasMaxConcurrencyTest.MessageSource.class})
public class ScasMaxConcurrencyTest {

    @Autowired
    private PacketUplinkProducer packetUplinkProducer;

    private Random random = new Random();
    private List<String> devEuis = new ArrayList<>(10);

    @PostConstruct
    private void initDevEuis() {
        devEuis.add("10001");
        devEuis.add("10002");
        devEuis.add("10003");
        devEuis.add("10004");
        devEuis.add("10005");
        devEuis.add("10006");
        devEuis.add("10007");
        devEuis.add("10008");
        devEuis.add("10009");
        devEuis.add("10010");
    }

    @Test
    public void test() throws InterruptedException {

        // 启动时先睡眠20s, 方便在控制面板查看 初始消费者数量
        Thread.sleep(20000);

        for (int i = 0; i < 50000; i++) {
            String devEui = getDevEuis();
            packetUplinkProducer.publish(new PacketModel(devEui, UUID.randomUUID().toString()));
        }

        Thread.sleep(10000000);

    }

    private String getDevEuis() {
        return devEuis.get(random.nextInt(10));
    }

    @Component
    public static class PacketUplinkProducer {

        @Autowired
        private MessageSource messageSource;

        public void publish(PacketModel model) {
        log.info("发布上行数据包消息. model: [{}].", model);
            messageSource.packetUplinkOutput().send(MessageBuilder.withPayload(model).build());
        }

    }

    @Component
    public static class PacketUplinkHandler {

        @StreamListener("packetUplinkInput")
        public void handle(PacketModel model) throws InterruptedException {
            Thread.sleep(20);
            log.info("消费上行数据包消息. model: [{}].", model);
        }

    }

    public interface MessageSink {

        @Input("packetUplinkInput")
        SubscribableChannel packetUplinkInput();

    }

    public interface MessageSource {

        @Output("packetUplinkOutput")
        MessageChannel packetUplinkOutput();

    }

}

运行测试用例

运行测试用例后，访问 Rabbitmq可视化页面可以看到类似下图的页面：

初始消费者数量

过一段时间后，消费者数量则动态增加到6，如下图：

消费者数量增加到6

在过段时间会增加到30，即增加到消费者数量的最大值，如下图：

消费者数量增加到最大值

当堆积的消息被消费完，消费者处于空闲状态，于是会逐渐销毁空闲消费者，直到剩余消费者数量等于初始值(3)：

开始销毁空闲消费者

销毁空闲消费者直到等于初始值

再次发布消息

因为程序是以测试用例的形式启动的，所以要想不破坏消费者数量，那么需要单独再增加一个测试用例，该测试用例单纯只有消息发布功能。如下：

配置

spring:
  application:
    name: scas-data-collection
  profiles:
    active:
      default

  cloud:
    stream:
      binders:
        rabbit:
          type: rabbit
          environment:
            spring:
              rabbitmq:
                host: localhost
                port: 5672
                username: guest
                password: guest

      bindings:
        packetUplinkOutput:
          destination: packetUplinkTopic
          content-type: application/json
          binder: rabbit

测试用例

@Slf4j
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
@EnableBinding({ScasOnlyProducerTest.MessageSource.class})
@ActiveProfiles("onlyProducer")
public class ScasOnlyProducerTest {

    @Autowired
    private PacketUplinkProducer packetUplinkProducer;

    private Random random = new Random();
    private List<String> devEuis = new ArrayList<>(10);

    @PostConstruct
    private void initDevEuis() {
        devEuis.add("10001");
        devEuis.add("10002");
        devEuis.add("10003");
        devEuis.add("10004");
        devEuis.add("10005");
        devEuis.add("10006");
        devEuis.add("10007");
        devEuis.add("10008");
        devEuis.add("10009");
        devEuis.add("10010");
    }

    /**
     * 使用该测试用例, 之前降下来的消费者数量, 最后又会升上去
     * @throws InterruptedException
     */
    @Test
    public void test1() throws InterruptedException {

        while (true) {
            int msgCount = 10;
            for (int i = 0; i < msgCount; i++) {
                String devEui = getDevEuis();
                packetUplinkProducer.publish(new PacketModel(devEui, UUID.randomUUID().toString()));
            }
            Thread.sleep(1000);
        }
    }

    /**
     * 使用该测试用例, 消费者数量基本保持不变
     * @throws InterruptedException
     */
    @Test
    public void test2() throws InterruptedException {

        while (true) {
            int msgCount = 3;
            for (int i = 0; i < msgCount; i++) {
                String devEui = getDevEuis();
                packetUplinkProducer.publish(new PacketModel(devEui, UUID.randomUUID().toString()));
            }
            Thread.sleep(3000);
        }
    }

    private String getDevEuis() {
        return devEuis.get(random.nextInt(10));
    }

    @Component
    public static class PacketUplinkProducer {

        @Autowired
        private MessageSource messageSource;

        public void publish(PacketModel model) {
            log.info("发布上行数据包消息. model: [{}].", model);
            messageSource.packetUplinkOutput().send(MessageBuilder.withPayload(model).build());
        }

    }

    public interface MessageSource {

        @Output("packetUplinkOutput")
        MessageChannel packetUplinkOutput();

    }

}

注意，启动下文的测试用例时，之前的测试用例不能关闭，因为要验证动态增加/销毁消费者。

启动测试用例一

消费者数量再次逐渐增加

使用该测试用例, 之前降下来的消费者数量, 最后又会升上去。

启动测试用例二

先关闭上一个测试用例

消费者数量基本维持不变

通过上面2个测试用例的结果，可以推测：在某个时刻，当消息发布速率 > 消息消费速率时，如果当前消费者数量 < 最大消费者数量，那么 Spring Cloud Stream 会帮我们创建新的消费者，直到消费者数量 = 最大消费者数量。

结论

配置 spring.cloud.stream.rabbit.bindings.<channelName>.consumer. maxConcurrency，可以让应用拥有动态增加/销毁消费者的能力，达到动态控制消费者数量的目的。再配合 spring.cloud.stream.bindings.<channelName>.consumer.concurrency，可以将消费者数量控制在一定范围内。

另外，需要注意的是，maxConcurrency 并不是越大越好，因为该值越大，若一直有大量消息发布，那么 Spring Cloud Stream 则会一直增加消费者，知道消费者数量等于 maxConcurrency，而一个消费者对应了一个线程，线程太多的话，会加载系统的负担，从而可能影响到其他业务。

但是如果不增加消费者数量的话，而消息发布的吞吐量又居高不下，该怎么办呢？实际上，增加消费者数量，其最终目的就是提升消费端的消费力，那我们可以从别的方式入手，比如增加应用实例数量，其实这也是另一种增加消费者数量的方式，只是在其他机器而已；而如果暂时没有增加机器的预算，那么可以考虑另一种方案：Spring Cloud Stream 进阶配置——高吞吐量（三）

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Spring Cloud Stream 进阶配置——高吞吐量（二）——弹性消费者数量

Spring Cloud Stream 进阶配置——高吞吐量（二）——弹性消费者数量

背景

最大消费者数量

示例

配置

代码

消息模型

测试用例

运行测试用例

再次发布消息

配置

测试用例

启动测试用例一

启动测试用例二

结论

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